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KR102563081B1 - 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치 - Google Patents

팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치 Download PDF

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Publication number
KR102563081B1
KR102563081B1 KR1020210003275A KR20210003275A KR102563081B1 KR 102563081 B1 KR102563081 B1 KR 102563081B1 KR 1020210003275 A KR1020210003275 A KR 1020210003275A KR 20210003275 A KR20210003275 A KR 20210003275A KR 102563081 B1 KR102563081 B1 KR 102563081B1
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KR
South Korea
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charging
pantograph
unit
vehicle
electric vehicle
Prior art date
Application number
KR1020210003275A
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Inventor
최용길
김진태
Original Assignee
주식회사 펌프킨
최용길
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Publication date
Application filed by 주식회사 펌프킨, 최용길 filed Critical 주식회사 펌프킨
Priority to KR1020210003275A priority Critical patent/KR102563081B1/ko
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Abstract

팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기차(예를 들어, 전기 버스)에서 팬터그래프로부터 충전 전원을 공급받는 충전부의 동결을 방지하고, 충전부에 존재하는 이물질로 인해 충전이 이루어지지 않는 문제를 방지할 수 있도록 한 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치에 관한 것으로서, 전기차에 설치되며, 외기 온도를 차량 정보로 획득하여 팬터그래프 충전장치로 전송하고 충전을 요청하며, 팬터그래프 충전장치의 제어에 따라 충전을 하는 차량 충전 장치, 차량 정보에 포함된 외기 온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행하며, 전기차의 충전을 제어하는 팬터그래프 충전장치를 포함하여, 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치를 구현한다.

Description

팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치{Freeze-prevention apparatus for electric vehicle charging pantograph}
본 발명은 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치에 관한 것으로, 특히 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기차(예를 들어, 전기 버스)에서 팬터그래프로부터 충전 전원을 공급받는 충전부의 동결을 방지하고, 충전부에 존재하는 이물질로 인해 충전이 이루어지지 않는 문제를 방지할 수 있도록 한 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치에 관한 것이다.
가솔린이나 경유 등의 화석 연료를 사용하는 자동차들은 화석 연료의 고갈 및 지구 온난화 문제를 야기하고 있고, 그 결과 환경 보호를 위한 이산화탄소 및 배출가스의 규제가 강화되고 있다. 이에 대한 대안으로 전기차들이 서서히 보급되고 있으나, 한번 충전으로 운행할 수 있는 거리가 아직 충분하지 않고 충전 인프라의 구축도 더뎌 전기차의 보급에 장애물로 작용하고 있다.
특히, 정해진 노선을 주행하는 버스는 한번 충전으로 노선을 충분히 운행할 수 있으므로 한번 충전으로 주행할 수 있는 거리의 제약이 상대적으로 문제가 되지 않고, 버스가 모이는 차고지에 충전 시스템을 구비하면 되므로 충전 인프라의 구축도 상대적으로 용이하다.
전기 버스를 차고지에 설치된 충전 시스템을 이용하여 충전할 경우, 전기 버스 충전구에 충전기를 삽입하여 충전하는 충전 방식, 접촉을 통해 충전을 하는 충전 방식 등이 있다.
특히, 후자는 팬터그래프와 같은 충전 장치를 이용하여 충전을 한다.
팬터그래프 방식을 이용한 전기차 충전시스템에 대해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 및 <특허문헌 2> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 은 전력을 공급하는 가선과 비접촉 방식으로 급전을 받을 수 있어 가선의 마모 등을 방지하여 유지보수에 유리하고 공력소음과 같은 환경문제로부터 자유로운 도전성 유체를 이용한 비접촉 급전 장치를 제공한다.
또한, <특허문헌 2> 는 버스, 철도 등 교통수단 및 시설의 안전도와 경제적·효과적 전력 공급을 위해, 노선에 일정 블록을 설정하고 동 블록의 이동을 통하여 차량 운행을 제어하는 것으로 블록설정, 반도체 소자를 통한 전력제어, 차량 운행제어 프로세스를 제공한다. 특히, 블록설정은 P-GL의 경우 차량 및 편성 단위로 하되 전차선(가선)의 지지대 즉, 전주의 길이 범위 내에 가선상(가선의 지탱·유지를 위한 보조선) 또는 가선 지지 전주 등에 설치하여, 전기에너지를 효율적 공급하고 차량의 정확한 위치 정보 등을 제공할 수 있는 Guide Line과 이를 적용한 버스 등 차량도 일반 도로상에서 철도와 같은 기능과 효과를 갖게한다.
그러나 상기와 같은 종래기술들은 팬터그래프 충전 방식을 이용하여 전기 버스와 같은 차량을 충전할 수는 있으나, 팬터그래프와 접촉되는 전기차의 충전부(접촉부, 컨텍트바)가 동결되는 것을 방지할 수 없는 단점이 있다.
여기서 충전부가 동결된 경우, 팬터그래프와 정확하게 전기적으로 접촉되지 않아 충전이 이루어지지 않는 문제가 있다.
또한, 상기와 같은 종래기술들은 팬터그래프 충전장치와 접촉되는 전기차의 충전부(접촉부, 컨텍트바)에 이물질(눈, 낙엽, 쓰레기 등)이 존재하는 경우, 별도의 이물질 제거 기능이 없어, 이물질로 인해 팬터그래프와 충전부의 접속이 제대로 이루어지지 않아 충전이 이루어지지 않는 문제도 있었다.
대한민국 등록특허 10-1251552(2013.04.01. 등록)(도전성 유체를 이용한 비접촉 급전 장치) 대한민국 공개특허 10-2014-0016668(2014.02.10. 공개)(버스 등 수단의 전기동력화, 무가선화)
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 팬터그래프 충전시스템을 이용한 전기 버스 충전방식과 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기차(예를 들어, 전기 버스)에서 팬터그래프로부터 충전 전원을 공급받는 충전부의 동결을 방지하고, 충전부에 존재하는 이물질로 인해 충전이 이루어지지 않는 문제를 방지할 수 있도록 한 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치"는,
전기차에 설치되며, 외기 온도를 차량 정보로 획득하여 팬터그래프 충전장치로 전송하고 충전을 요청하며, 상기 팬터그래프 충전장치의 제어에 따라 충전을 하는 차량 충전 장치; 및
상기 차량 충전 장치로부터 전송된 차량 정보에 포함된 외기 온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행하며, 상기 전기차의 충전을 제어하는 팬터그래프 충전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 차량 충전 장치는,
상기 팬터그래프 충전장치와 접촉되어 충전 전력을 공급받아 배터리를 충전하는 충전부; 및
충전 시 외기 온도를 차량 정보로 획득하여 상기 팬터그래프 충전장치로 전송하고 충전을 요청하는 차량 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 차량 장치는,
변속 상태 및 시동 상태를 포함하는 차량 상태 정보를 검출하는 차량상태 검출부;
상기 충전부의 주변 외기 온도를 검출하는 외기온도 검출부;
상기 차량상태 검출부와 외기온도 검출부에서 각각 출력되는 차량 상태정보와 외기온도 정보를 기초로 차량 정보를 생성하고, 생성한 차량 정보를 이용하여 차량 충전을 요청하는 차량 충전 요청부; 및
상기 차량 충전 요청부에서 요청된 차량 정보를 팬터그래프 충전장치로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 팬터그래프 충전장치는,
상기 차량 충전 장치로부터 전송된 차량 정보를 수신하여 데이터베이스에 저장하는 전기차 정보 수신부;
상기 데이터베이스에 저장된 차량 정보에 포함된 충전부 외기온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행하며, 상기 전기차의 충전을 제어하는 충전 제어부;
상기 충전 제어부의 제어에 따라 열원을 이용하여 전기차의 충전부 동결을 방지하는 동결 방지부; 및
상기 충전 제어부의 제어에 따라 팬터그래프를 제어하여 상기 전기차를 충전하는 팬터그래프 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 동결 방지부는,
팬터그래프에 내장되어 열원을 생성하는 히터;
상기 히터를 구동시키는 히터 구동부를 포함하고,
상기 팬터그래프는 내장된 히터에서 생성된 열원으로 접촉되는 충전부를 가열하여 동결을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 동결 방지부는,
열원을 생성하는 열원 생성부;
상기 열원 생성부에서 생성된 열원을 전기차의 충전부로 송풍하는 열원 송풍부를 포함하고,
상기 열원 송풍부는 생성된 열원을 전기차의 충전부로 송풍시켜, 충전부를 가열함과 동시에 충전부 주변의 이물질을 열풍으로 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기차(예를 들어, 전기 버스)에서 팬터그래프로부터 충전 전원을 공급받는 충전부의 동결을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 충전부에 존재하는 이물질의 제거로 충전이 이루어지지 않는 문제도 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 제1 실시 예 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 제2 실시 예 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 블록 구성도,
도 5는 도 4의 동결 방지부의 제1 실시 예 블록 구성도,
도 6은 도 4의 동결 방지부의 제2 실시 예 블록 구성도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 개략 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 제1 실시 예 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 제2 실시 예 구성도로서, 차량 충전 장치(100), 파워 뱅크(200), 브릿지(300) 및 팬터그래프 충전장치(400)를 포함한다.
파워뱅크(200)는 수배전반을 통해 공급되는 전력을 충전 전력으로 변환하여 상기 팬터그래프 충전장치(400)에 공급해주는 역할을 한다.
차량 충전 장치(100)는 전기차(101 - 104)에 설치되며, 충전 시 충전부 주변의 외기 온도를 차량 정보로 획득하여 팬터그래프 충전장치(400)로 전송하고 충전을 요청하며, 상기 팬터그래프 충전장치(400)의 제어에 따라 배터리를 충전하는 역할을 한다. 여기서 충전부는 팬터그래프 충전장치(400)의 팬터그래프와 접촉하여 충전 전력을 공급받는 역할을 하는 부분이다.
본 발명에서는 팬터그래프 충전장치(400)가 4대의 전기차(101 - 104)를 충전하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 하나의 팬터그래프 충전장치(400)를 이용하여 더 많은 수(예를 들어, 10대 이상)의 전기차를 충전할 수 있다.
상기 차량 충전 장치(100)는 전기차(예를 들어, 103)의 차량 운전석 위 전고에 설치되어, 상기 팬터그래프 충전장치(400)와 집적 접촉되어 충전 전력을 공급받아 배터리를 충전하는 충전부(110), 충전 시 충전부의 주변 외기 온도를 차량 정보로 획득하여 상기 팬터그래프 충전장치(400)로 전송하고 충전을 요청하는 차량 장치(120)를 포함한다.
상기 충전부(110)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전기차(103)에 설치되며 상기 팬터그래프 충전장치(400)와 직접 접촉을 통해 충전 전력을 공급받아 배터리를 충전시킨다. 이러한 충전부(110)는 모든 전기차에 개별적으로 마련되어 있다.
도 2 및 도 3에서 참조부호 111, 112는 충전 전력을 직접 접촉식으로 공급받는 컨텍트 바를 나타낸 것이다.
상기 차량 장치(120)는 도 4에 도시한 바와 같이, 변속 상태 및 시동 상태를 포함하는 차량 상태 정보를 검출하는 차량상태 검출부(121), 상기 충전부(110)의 주변 외기 온도를 검출하는 외기온도 검출부(122), 상기 차량상태 검출부(121)와 외기온도 검출부(122)에서 각각 출력되는 차량 상태정보와 외기온도 정보를 기초로 차량 정보를 생성하고, 생성한 차량 정보를 이용하여 차량 충전을 요청하는 차량 충전 요청부(123), 상기 차량 충전 요청부(123)에서 요청된 차량 정보를 팬터그래프 충전장치(400)로 전송하는 통신부(124)를 포함한다.
여기서 통신부(125)는 무선 통신 모듈로 구현할 수 있다.
브릿지(300)는 상기 팬터그래프 충전장치(400)를 이동시킬 수 있는 이동 레일(304)이 형성되어, 팬터그래프 충전장치(400)가 이동 레일(304)을 타고 자유롭게 이동할 수 있도록 한다.
브릿지(300)는 팬터그래프 충전장치(400)를 이동시키기 위한 건축물을 의미할 수 있다. 브릿지(300)는 팬터그래프 방식으로 충전되는 전기차(예를 들어, 전기 버스)의 버스보다 높게 형성되어, 브릿지(300)의 하단에서 충전을 위해 진입 또는 진출하는 전기차가 브릿지(300)에 충돌하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이러한 브릿지(300)는 상기 팬터그래프 충전장치(400)가 이동할 수 있도록 형성된 이동 레일(304), 상기 팬터그래프 충전장치(400)를 외부로부터 보호하기 위한 복수의 커버(301 - 303)를 포함할 수 있다. 여기서 커버(301 - 303)는 실제 하나의 전기차에 대한 폭의 커버만을 의미하며, 전기차를 진입 또는 진출 가능한 모든 폭의 브릿지에는 전부 커버가 설치되어 있다. 커버를 이용하여 팬터그래프 충전장치를 사용하지 않을 때에 팬터그래프 충전장치를 외부로부터 보호한다.
팬터그래프 충전장치(400)는 상기 차량 충전 장치(100)로부터 전송된 차량 정보에 포함된 외기 온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행하며, 상기 전기차의 충전을 제어하는 역할을 한다.
이러한 팬터그래프 충전장치(400)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 차량 충전 장치(100)로부터 전송된 차량 정보를 수신하여 데이터베이스(450)에 저장하는 전기차 정보 수신부(410), 상기 데이터베이스(450)에 저장된 차량 정보에 포함된 충전부 외기온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행하며, 상기 전기차의 충전을 제어하는 충전 제어부(420), 상기 충전 제어부(420)의 제어에 따라 열원을 이용하여 전기차의 충전부 동결을 방지하는 동결 방지부(430), 상기 충전 제어부(420)의 제어에 따라 팬터그래프(403)를 제어하여 상기 전기차를 충전하는 팬터그래프 구동부(440)를 포함한다.
상기 동결 방지부(430)는 2가지 형태로 구현할 수 있다.
먼저, 첫 번째 동결 방지부(430)의 구성은 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 팬터그래프(403)에 내장되어 열원을 생성하는 히터(432), 상기 히터(432)를 구동시키는 히터 구동부(431)를 포함할 수 있다.
상기 팬터그래프(403)는 내장된 히터(432)에서 생성된 열원으로 접촉되는 충전부(110)를 가열하여 동결을 방지한다.
두 번째 동결 방지부(430)의 구성은 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 열원을 생성하는 열원 생성부(433), 상기 열원 생성부(433)에서 생성된 열원을 전기차의 충전부(110)로 송풍하는 열원 송풍부(434)를 포함할 수 있다.
상기 열원 송풍부(434)는 생성된 열원을 전기차의 충전부(110)로 송풍시켜, 충전부(110)를 가열함과 동시에 충전부(110) 주변의 이물질을 열풍으로 제거하는 역할을 한다.
또한, 상기 팬터그래프 충전장치(400)는 상기 브릿지(300)에 형성된 이동 레일(304)을 따라 이동하는 이동수단(401), 상기 이동수단(401)에 일단이 연결되며 충전장치인 팬터그래프(403)와 전기차(103)에 구비된 충전부(110)를 연결하거나 연결을 해제시키는 팬터그래프 위치 조정수단(402), 상기 팬터그래프 위치 조정수단(402)에 연결되어 상기 전기차(103)의 충전부(110)와 접촉 시 충전 전력을 공급해주는 팬터그래프(403)를 포함할 수 있다.
상기 이동수단(401)은 상기 팬터그래프 제어부(440)의 제어에 따라 이동수단(401)을 전후(또는, 좌우)로 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다. 이러한 이동수단(401)은 원동기, 기어 감속장치, 감기 통 등을 일체로 통합시킨 호이스트(Hoist) 장치로 구현할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 충전을 하고자 하는 전기차(전기 버스)(예를 들어, 103)를 브릿지(300)의 하단에 위치한 충전 위치로 이동시킨다. 여기서 전기차를 충전 위치로 이동시키는 방법은 충전 위치에 차량 위치를 표시하여 운전자가 전기차를 정해진 충전 위치로 이동시키는 방법이 주로 사용된다. 이 경우 운전자가 정해진 위치로 전기차를 이동시키기 위해 차량을 여러번 움직여야 하는 불편함이 있다.
따라서 상기와 같은 방법으로 전기차를 정해진 충전 위치로 이동시키는 불편함을 개선하기 위해서, 운전자가 정해진 위치의 근방에 차량을 주차하면, 팬터그래프 충전장치(400)에서 전기차의 충전부(110) 위치를 찾아서 위치 보정을 한 후 충전을 진행하는 방식을 이용할 수도 있다. 여기서 전기차의 충전부(110)의 위치를 찾아 위치 보정을 하기 위해서는 다양한 방법이 있을 수 있다. 예를 들어, 카메라를 통해 충전부(110)를 촬영하고, 촬영된 영상 정보의 객체(충전부)를 탐색하여 팬터그래프 충전장치(400)의 위치를 보정하는 방법이 있을 수 있다. 위치 보정은 팬터그래프 충전장치(400)의 전후 이동량을 조정하는 것으로 간단히 구현할 수 있다.
위치 보정의 다른 방법으로서, 근접센서를 이용하여 위치를 파악하여 위치를 보정하는 정위치 보정기술, 주차라인(혹은, 시설물)을 마킹해서 운전자가 팬터그래프 정위치를 파악하는 기술 등을 이용할 수도 있다.
전기차(103)가 충전 위치에 주차한 상태에서, 전기차(103)의 충전부(110)가 외부에 노출되도록 한다. 여기서 충전부(110)의 상부는 항상 개방된 상태를 유지하여 충전부(110)가 외부에 항상 노출되는 노출 방식, 외부의 이물질 유입을 방지하기 위해 커버를 이용하여 커버를 개폐하는 방식을 이용할 수 있다. 노출 방식은 충전부(110)가 노출된 상태이므로 별다른 동작을 수행할 필요가 없으며, 커버 개폐 방식은 커버를 개방해야 한다. 커버는 모터를 이용하여 슬라이딩 방식으로 커버를 개방하는 방식을 이용할 수 있다. 커버를 슬라이딩 방식으로 개방하거나 폐쇄하는 것은 일반적인 방식이므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 본 발명은 노출 방식을 실시 예로 설명하므로, 커버를 개방시키는 동작은 수행할 필요가 없다.
전기차(103)가 충전 위치에 주차하면, 차량 충전 장치(100)의 차량 장치(120)에서 차량 정보를 생성하여 팬터그래프 충전장치(400)로 전송한다.
예컨대, 차량 장치(120)의 차량상태 검출부(121)는 차량에 장착된 차량제어장치(VCU)나 변속기 또는 시동장치 등과 차량 장착 장치들과 캔 통신 등을 이용하여 연동하고, 해당 차량 장착 장치들로부터 변속 상태 및 시동 상태를 포함하는 차량 상태 정보를 검출하여 차량 충전 요청부(124)에 전달한다.
아울러 외기온도 검출부(122)는 상기 충전부(110)의 주변 외기 온도를 검출하여 상기 차량 충전 요청부(123)에 전달한다, 여기서 외기온도 검출부(122)는 통상의 온도센서를 이용하여 외기온도를 검출할 수 있다.
상기 차량 충전 요청부(123)는 상기 차량상태 검출부(121)로부터 검출한 차량 상태 정보를 분석하여, 차량이 충전 가능한 상태이면(주차 브레이크가 체결된 상태, 변속기가 P단에 위치, 차량 시동이 오프된 상태 등), 외기 온도 정보 및 차량 식별 정보(ID)를 기초로 차량 정보를 생성하고, 생성한 차량 정보에 충전 요청 정보를 부가하여 최종적으로 차량 정보를 생성한다. 이어, 생성한 차량 정보를 통신부(124)에 전달한다.
통신부(124)는 무선 통신을 이용하여 상기 차량 충전 요청부(123)에서 요청된 차량 정보를 팬터그래프 충전장치(400)로 전송한다.
여기서 상기 전기차(103) 이외에 충전이 필요한 다른 전기차들도 상기 전기차(103)와 동일하게 동작하여, 차량 정보(즉, 해당 전기차의 충전부 외기 온도 정보)를 팬터그래프 충전장치(400)에 각각 전송한다.
상기 팬터그래프 충전장치(400)의 전기차 정보 수신부(410)는 상기 차량 충전 장치(100)로부터 전송된 차량 정보를 전기차 충전 정보로 수신하여 데이터베이스(450)에 저장한다.
다음으로, 충전 제어부(420)는 상기 데이터베이스(450)에 저장된 차량 정보에 포함된 충전부 외기온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행한다. 즉, 상기 충전부 외기온도가 상기 설정된 기준온도 이하이면 동결 방지 기능을 수행하고, 상기 충전부 외기온도가 상기 설정된 기준온도보다 높으면 동결 방지 기능을 수행하지 않는다. 여기서 동결 방지 기능이란 전기차의 충전부(110)에 열원을 공급하여 충전부(110)가 동결되지 못하도록 하거나, 동결 상태이면 이를 해동시키는 기능을 의미한다.
상기 충전 제어부(420)는 동결 방지 기능의 수행 시, 동결 방지부(430)에 구동신호를 전달한다.
상기 동결 방지부(430)는 상기 충전 제어부(420)의 제어에 따라(구동신호가 전달되면), 열원을 이용하여 전기차의 충전부 동결을 방지한다.
여기서 동결 방지부(430)는 도 2 및 도 3과 같이 2가지 형태로 구현할 수 있다.
먼저, 첫 번째 동결 방지 방법으로서, 동결 방지부(430)는 충전 제어부(420)로부터 구동신호가 전달되면, 히터 구동부(431)가 동작을 하여, 팬터그래프(403)에 내장되어 열원을 생성하는 히터(432)를 구동시켜 동결을 방지하는 방식이다. 히터(432) 구동 방식은 일반적으로 열원을 생성하는 히터를 구동시키는 공지의 히터 구동 방식을 이용할 수 있다.
팬터그래프(403)에 내장된 히터(432)가 동작을 하여 열원을 생성한 상태에서, 상기 충전 제어부(420)는 팬터그래프 구동부(440)를 제어한다. 여기서 팬터그래프 제어란 팬터그래프(403)를 충전 위치로 이동시키는 것, 충전 위치로 이동된 팬터그래프(403)를 전기차의 충전부(110)와 접촉시켜 충전을 수행하는 것, 충전 시간 또는 충전량에 따라 충전을 제어하는 것 등을 포함할 수 있다.
상기 팬터그래프 구동부(440)는 상기 충전 제어부(420)의 제어에 따라 충전 대상 전기차 위치 정보를 확인하고, 충전 대상 전기차(103)의 위치로 이동을 한다. 여기서 팬터그래프 충전장치(400)의 이동수단(401)은 팬터그래프 제어부(440)에서 출력된 이동 정보에 따라 위치 이동을 한다. 여기서 이동 정보는 외부의 원격 단말이나 시스템 감시장치를 통해 위치 정보를 전송하거나, 현재 위치를 기초로 충전 위치까지의 이동 정보를 연산하여 생성한 이동정보일 수 있다. 이동 정보는 차량 위치를 지정하는 방식을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전기차(101)의 위치를 충전 위치 "01", 전기차(102)의 위치를 충전 위치 "02", 전기차(103)의 위치를 충전 위치 "03", 전기차(104)의 위치를 충전 위치 "04"와 같은 정보를 이용하여 충전 위치를 지정하고, 이를 이용하여 이동 정보를 생성할 수 있다.
충전 위치로의 이동량은 전기차의 차폭을 고려하여 미리 설정된 상태이므로, 이동수단(401)은 내부의 모터를 포함하는 구동부를 동작시켜 팬터그래프 충전장치(400)를 이동시킨다. 구동부는 모터, 위치 확인용 인코더 등을 포함할 수 있다.
팬터그래프 충전장치(400)가 정해진 충전 위치로 이동한 상태에서, 상기 이동수단(401)에 일단이 연결된 팬터그래프 위치 조정수단(402)이 하강을 하여 충전장치인 팬터그래프(403)와 전기차(103)에 구비된 충전부(110)를 접속시킨다. 이후, 충전부(110)와의 접촉 시 발생하는 압력을 측정하여, 일정 압력 이상이 되면 팬터그래프(403)와 충전부(110)가 정상적으로 접촉된 것으로 판단한다. 팬터그래프(403)와 충전부(110)가 정상적으로 접촉된 것으로 판단이 되면, 팬터그래프(403)의 이동을 정지시킨다.
팬터그래프 위치 조정수단(402)이 정해진 만큼 하강을 하여, 팬터그래프 위치 조정수단(402)의 끝단에 결합된 팬터그래프(403)가 충전부(110)와 정상적으로 접촉을 하면, 팬터그래프(403)에 의해 충전 전력이 충전부(110)의 컨텍트바(111, 112)로 공급되어 전기차의 배터리 충전이 이루어진다. 여기서 팬터그래프(403)를 이용한 전기차 충전 방식은 공지의 팬터그래프 충전 장치를 그대로 채택하여 활용할 수 있다.
이때, 팬터그래프(403)에 내장된 히터(432)에서 발생한 열원이 접촉된 충전부(110)를 가열하여 충전부(110)의 동결을 방지한다. 아울러 충전부(110)가 동결된 상태이면 열원을 이용하여 충전부(110)를 가열하여 해동을 하게 된다.
충전 제어부(430)는 충전이 이루어지는 시간 동안 지속적으로 차량장치(120)를 통해 충전부(110)의 외기 온도를 수신하고, 이를 분석하여 충전부(110)의 외기 온도가 상기 설정된 기준온도 이상이 되는 시점에서 동결 방지부(430)의 구동을 정지시킨다.
두 번째 동결 방지 방법으로서, 동결 방지부(430)는 충전 제어부(420)로부터 구동신호가 전달되면, 열원 생성부(433)에서 열원을 생성하고, 열원 송풍부(434)에서 생성한 열원을 충전부(110)로 송풍하여, 열풍으로 동결을 방지하는 방식이다. 여기서 열원 생성부(433)는 히터나 발열 코일과 같은 일반적인 열원 생성 수단을 이용하여 열원을 생성할 수 있다. 열원 송풍부(434)는 송풍 팬을 이용할 수 있다.
팬터그래프(403)에 소정 위치에 설치된 열원 송풍부(434)에서 열원을 송풍하는 상태에서, 상기 충전 제어부(420)는 팬터그래프 구동부(440)를 제어한다. 여기서 팬터그래프 제어란 팬터그래프(403)를 충전 위치로 이동시키는 것, 충전 위치로 이동된 팬터그래프(403)를 전기차의 충전부(110)와 접촉시켜 충전을 수행하는 것, 충전 시간 또는 충전량에 따라 충전을 제어하는 것 등을 포함할 수 있다.
상기 팬터그래프 구동부(440)는 상기 충전 제어부(420)의 제어에 따라 충전 대상 전기차 위치 정보를 확인하고, 충전 대상 전기차(103)의 위치로 이동을 한다. 여기서 팬터그래프 충전장치(400)의 이동수단(401)은 팬터그래프 제어부(440)에서 출력된 이동 정보에 따라 위치 이동을 한다. 여기서 이동 정보는 외부의 원격 단말이나 시스템 감시장치를 통해 위치 정보를 전송하거나, 현재 위치를 기초로 충전 위치까지의 이동 정보를 연산하여 생성한 이동정보일 수 있다. 이동 정보는 차량 위치를 지정하는 방식을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전기차(101)의 위치를 충전 위치 "01", 전기차(102)의 위치를 충전 위치 "02", 전기차(103)의 위치를 충전 위치 "03", 전기차(104)의 위치를 충전 위치 "04"와 같은 정보를 이용하여 충전 위치를 지정하고, 이를 이용하여 이동 정보를 생성할 수 있다.
충전 위치로의 이동량은 전기차의 차폭을 고려하여 미리 설정된 상태이므로, 이동수단(401)은 내부의 모터를 포함하는 구동부를 동작시켜 팬터그래프 충전장치(400)를 이동시킨다. 구동부는 모터, 위치 확인용 인코더 등을 포함할 수 있다.
팬터그래프 충전장치(400)가 정해진 충전 위치로 이동한 상태에서, 상기 이동수단(401)에 일단이 연결된 팬터그래프 위치 조정수단(402)이 하강을 하여 충전장치인 팬터그래프(403)와 전기차(103)에 구비된 충전부(110)를 접속시킨다. 이때, 열원 송풍부(434)에 의해 송출되는 열풍이 지속적으로 충전부(110) 및 그 주변에 인가되어 충전부(110)를 해동시키거나 동결을 방지하고, 동시에 충전부(110)의 주변에 존재하는 낙엽이나 눈 또는 쓰레기와 같은 이물질을 제거한다.
이후, 팬터그래프(403)가 충전부(110)와의 접촉되면 접촉 시 발생하는 압력을 측정하여, 일정 압력 이상이 되면 팬터그래프(403)와 충전부(110)가 정상적으로 접촉된 것으로 판단한다. 팬터그래프(403)와 충전부(110)가 정상적으로 접촉된 것으로 판단이 되면, 팬터그래프(403)의 이동을 정지시킨다.
팬터그래프 위치 조정수단(402)이 정해진 만큼 하강을 하여, 팬터그래프 위치 조정수단(402)의 끝단에 결합된 팬터그래프(403)가 충전부(110)와 정상적으로 접촉을 하면, 팬터그래프(403)에 의해 충전 전력이 충전부(110)의 컨텍트바(111, 112)로 공급되어 전기차의 배터리 충전이 이루어진다. 여기서 팬터그래프(403)를 이용한 전기차 충전 방식은 공지의 팬터그래프 충전 장치를 그대로 채택하여 활용할 수 있다.
충전 제어부(430)는 충전이 이루어지는 시간 동안 지속적으로 차량장치(120)를 통해 충전부(110)의 외기 온도를 수신하고, 이를 분석하여 충전부(110)의 외기 온도가 상기 설정된 기준온도 이상이 되는 시점에서 동결 방지부(430)의 구동을 정지시킨다.
필요에 따라 충전 제어부(420)는 미리 설정된 설정시간 동안만 동결 방지부(430)를 구동시키고, 설정 시간이 지나면 자동으로 동결 방지부(430)의 구동을 정지시키는 제어 방법을 이용할 수 있다.
또한, 두 번째 동결 방지 방법인 열원 송풍부(434)를 이용하는 방식은, 동결 이외에 오로지 이물질을 제거하는 용도만으로 활용할 수 있다.
예컨대, 충전을 위해 충전 제어부(420)에서 팬터그래프 구동부(440)를 동작시킬 때, 열원 생성부(433)는 동작시키지 않고, 열원 송풍부(434)인 송풍 팬만을 구동시켜, 전기차의 충전부 주변의 이물질을 제거하는 용도로 활용할 수 있다. 이 경우에는 일정 시간만 열원 송풍부(434)를 동작시키고, 충전을 시작하면 열원 송풍부(434)를 오프시키는 방식으로 열원 송풍부(434)를 제어하여, 이물질만 제어하는 용도로 활용할 수 있다.
충전 방식은 팬터그래프 위치 조정수단(402)의 끝단에 결합된 팬터그래프(403)가 충전부(110)와 접촉을 하면, 팬터그래프(403)에 의해 충전 전력이 충전부(110)의 컨텍트바(111, 112)로 공급되어 전기차의 배터리 충전이 이루어진다. 여기서 팬터그래프(403)를 이용한 전기차 충전 방식은 공지의 팬터그래프 충전 장치를 그대로 채택하여 활용할 수 있다.
전기차 충전을 위한 충전 전력은 파워뱅크(200)를 통해 공급된다.
파워뱅크(200)는 전력 변환장치로서, 수전 설비(수배전반)와 버스 바(Bus-bar) 없이 직접 결선 방식으로 공급받거나 전선케이블로 전력을 공급받을 수 있으며, 상기 수전 설비로부터 공급되는 전력에 과도 전압이 인가될 경우 공급 전력을 차단하는 전력 차단기(ACB), 상기 전력 차단기를 통해 공급된 교류전력을 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 변환기(AC-DC Convertor), 상기 교류-직류 변환기(AC-DC Convertor)에서 변환된 직류 전력을 소정의 직류 전력으로 변환하여 상기 팬터그래프 충전장치(400)에 공급하는 직류-직류 변환기(DC-DC Convertor)를 포함할 수 있다.
상기 교류-직류 변환기는 상기 전력 차단기로부터 직접 결선되어 공급 전력을 입력받고, 기준 전압을 설정한 상태에서 전류량을 높이는 방식으로 교류를 직류로 변환하는 AC-DC Convertor, 상기 AC-DC Convertor를 통해 전류량이 증가된 직류 전력을 설정 레벨로 조절하여 출력하는 DC-DC Convertor를 포함할 수 있다.
충전 전력을 공급해주는 파워뱅크(200)는 전력 공급 설비인 수전 설비를 통해 공급되는 전력을 버스 바 없이 직접 결선 방식으로 공급받거나 전선케이블로 전력을 공급받아서, 이를 충전 전력으로 변환하여 팬터그래프 충전장치(400)에 공급한다. 전력 공급 업체인 한국전력은 고압(예를 들어, 22.9kV)의 전력을 공급하고, 수전 설비는 이를 전력 분배하여 전력을 공급한다.
팬터그래프 충전장치(400)를 통해 전기차(103)의 충전이 완료되면, 충전을 종료하고, 팬터그래프 위치 조정수단(402)이 정해진 만큼 다시 상승을 하여, 충전부(110)와 접촉을 해제함과 동시에 팬터그래프 위치 조정수단(402)을 원래의 위치로 복원시킨다.
이후, 팬터그래프 충전장치(400)는 충전 우선순위 등에 따라 다음 전기차의 충전 위치로 이동을 하고, 충전 위치로 이동을 하면 다시 전술한 충전 과정을 통해 다음 전기차를 충전하게 된다.
이와 같이 본 발명은 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기차(예를 들어, 전기 버스)에서 팬터그래프로부터 충전 전원을 공급받는 충전부의 동결을 방지할 수 있어, 충전부 동결로 인한 충전 불량 문제를 개선할 수 있으며, 충전부에 존재하는 이물질도 효과적으로 제거할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
100: 차량 충전 장치
101 - 104: 전기차(전기 버스)
110: 충전부
120: 차량 장치
121: 차량상태 검출부
122: 외기온도 검출부
123: 차량 충전 요청부
124: 통신부
200: 파워뱅크
300: 브릿지
301 - 303: 커버
304: 이동 레일
400: 팬터그래프 충전장치
401: 이동수단
402: 팬터그래프 위치 조정수단
403: 팬터그래프
410: 통신모듈
420: 전기차 정보 수신부
430: 동결 방지부
431: 히터 구동부
432: 히터
433: 열원 생성부
434: 열원 송풍부
440: 팬터그래프 구동부
450: 데이터베이스

Claims (6)

  1. 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결을 방지하기 위한 장치로서,
    전기차에 설치되며, 외기 온도를 차량 정보로 획득하여 팬터그래프 충전장치로 전송하고 충전을 요청하며, 상기 팬터그래프 충전장치의 제어에 따라 충전을 하는 차량 충전 장치; 및
    상기 차량 충전 장치로부터 전송된 차량 정보에 포함된 외기 온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행하며, 상기 전기차의 충전을 제어하는 팬터그래프 충전장치를 포함하고,
    상기 팬터그래프 충전장치는 열원을 이용하여 전기차의 충전부 동결을 방지하는 동결 방지부를 포함하고,
    상기 동결 방지부는 열원을 생성하는 열원 생성부; 상기 열원 생성부에서 생성된 열원을 전기차의 충전부로 송풍하는 열원 송풍부를 포함하고, 상기 열원 송풍부는 생성된 열원을 전기차의 충전부로 송풍시켜, 충전부를 가열함과 동시에 충전부 주변의 이물질을 열풍으로 제거하거나, 상기 열원 생성부는 동작시키지 않고, 열원 송풍부인 송풍 팬만을 구동시켜, 전기차의 충전부 주변의 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 차량 충전 장치는,
    상기 팬터그래프 충전장치와 접촉되어 충전 전력을 공급받아 배터리를 충전하는 충전부; 및
    충전 시 외기 온도를 차량 정보로 획득하여 상기 팬터그래프 충전장치로 전송하고 충전을 요청하는 차량 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치.
  3. 청구항 2에서, 상기 차량 장치는,
    변속 상태 및 시동 상태를 포함하는 차량 상태 정보를 검출하는 차량상태 검출부;
    상기 충전부의 주변 외기 온도를 검출하는 외기온도 검출부;
    상기 차량상태 검출부와 외기온도 검출부에서 각각 출력되는 차량 상태정보와 외기온도 정보를 기초로 차량 정보를 생성하고, 생성한 차량 정보를 이용하여 차량 충전을 요청하는 차량 충전 요청부; 및
    상기 차량 충전 요청부에서 요청된 차량 정보를 팬터그래프 충전장치로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치.
  4. 청구항 1에서, 상기 팬터그래프 충전장치는,
    상기 차량 충전 장치로부터 전송된 차량 정보를 수신하여 데이터베이스에 저장하는 전기차 정보 수신부;
    상기 데이터베이스에 저장된 차량 정보에 포함된 충전부 외기온도와 전기차의 충전부 동결 방지를 위해 미리 설정된 기준온도를 비교하여 그 대소 여부에 따라 동결 방지 기능을 수행하며, 상기 전기차의 충전을 제어하는 충전 제어부; 및
    상기 충전 제어부의 제어에 따라 팬터그래프를 제어하여 상기 전기차를 충전하는 팬터그래프 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치.
  5. 청구항 1에서, 상기 동결 방지부는,
    팬터그래프에 내장되어 열원을 생성하는 히터;
    상기 히터를 구동시키는 히터 구동부를 포함하고,
    상기 팬터그래프는 내장된 히터에서 생성된 열원으로 접촉되는 충전부를 가열하여 동결을 방지하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 충전용 전기차의 충전부 동결방지장치.



  6. 삭제
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